(57)【要約】  ロボットシステムの自動較正方法は、連結ロッドとその一端に連結された球体とを含むボールロッド部材を提供し、連結ロッドの他端を、ロボットのフランジに設けられた末端実行ツールに固定し、既知の目標点の周りに設けられた３つの距離センサから球体の表面までの３つの実距離のそれぞれを検知し、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を異なるポーズで目標点に動かし、目標点におけるロボットの異なるポーズのポーズデータに基づいて、フランジの中心に対する球体の中心の変換行列Ｔｓを計算し、式：Ｔｔ＝Ｔｓ＊Ｔｃに従ってフランジの中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列Ｔｔを計算する。Ｔｃは球体の中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列であり、既知で一定である。視覚センサで取得された球体の画像に基づいて球体の中心を特定する必要がなく、ロボットシステムの較正効率が向上する。【選択図】図１
2019509186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結ロッド（４１）と前記連結ロッド（４１）の一端に連結された球体（４２）とを含むボールロッド部材（４１、４２）を提供するステップＳ１００と、
前記連結ロッド（４１）の他端を、ロボット（２０）のフランジ（２１）に取り付けられた末端実行ツール（３０）に固定するステップＳ２００と、
既知の目標点の周りに３つの距離センサ（１１、１２、１３）を設けて、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）から前記球体（４２）の表面までの３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）のそれぞれを検知するステップＳ３００と、
前記ロボット（２０）を制御して、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３）’に基づいて前記球体（４２）の中心（Ｃ）を様々な異なるポーズ（Ｐｏｓｅ＃１、Ｐｏｓｅ＃２、Ｐｏｓｅ＃３、Ｐｏｓｅ＃４）で前記目標点に動かし、前記目標点における前記ロボット（２０）の前記様々な異なるポーズのポーズデータに基づいて、前記フランジ（２１）の中心（Ｔｏｏｌ０）に対する前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４００と、
式１：Ｔｔ＝Ｔｓ＊Ｔｃに従って前記フランジ（２１）の前記中心（Ｔｏｏｌ０）に対する前記末端実行ツール（３０）の中心（Ｔｏｏｌ）の変換行列Ｔｔを計算するステップＳ５００とを含み、前記式１において、Ｔｃは前記球体（４２）の前記中心に対する前記末端実行ツール（３０）の前記中心（Ｔｏｏｌ）の変換行列であり、Ｔｃは既知で一定である、ロボットシステムの自動較正方法。
【請求項２】
前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）は、第１の距離センサ（１１）、第２の距離センサ（１２）、および第３の距離センサ（１３）を含み、
前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）が正確に前記目標点に動かされると、前記第１の距離センサ（１１）、前記第２の距離センサ（１２）、および前記第３の距離センサ（１３）は、それぞれ第１の所定距離（Ｌ１）、第２の所定距離（Ｌ２）、および第３の所定距離（Ｌ３）だけ前記球体（４２）の前記表面から離れる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップＳ４００で、前記第１の距離センサ（１１）により検知された第１の実距離（Ｌ１’）と前記第１の所定距離（Ｌ１）との第１の距離誤差、前記第２の距離センサ（１２）により検知された第２の実距離（Ｌ２’）と前記第２の所定距離（Ｌ２）との第２の距離誤差、および前記第３の距離センサ（１３）により検知された第３の実距離（Ｌ３’）と前記第３の所定距離（Ｌ３）との第３の距離誤差に基づいて、前記第１の距離誤差、前記第２の距離誤差、および前記第３の距離誤差がすべてゼロになるまで前記ロボット（２０）に対する閉ループフィードバック制御を実行する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップＳ４００は、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて、センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の実際の位置を計算するステップと、
前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の前記実際の位置と、前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、前記位置誤差がゼロになるまで前記ロボット（２０）に対する閉ループフィードバック制御を実行するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の距離センサ（１１）の軸、前記第２の距離センサ（１２）の軸、および前記第３の距離センサ（１３）の軸が、同一の１つの交差点（Ｏｓ）で交差する、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の距離センサ（１１）の前記軸、前記第２の距離センサ（１２）の前記軸、および前記第３の距離センサ（１３）の前記軸の前記交差点（Ｏｓ）は、前記目標点として規定される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の距離センサ（１１）の前記軸、前記第２の距離センサ（１２）の前記軸、および前記第３の距離センサ（１３）の前記軸は、互いに直交する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）の３つの軸が、それぞれ前記第１の距離センサ（１１）の前記軸、前記第２の距離センサ（１２）の前記軸、および前記第３の距離センサ（１３）の前記軸により規定され、
前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）の原点が、前記第１の距離センサ（１１）の前記軸、前記第２の距離センサ（１２）の前記軸、および前記第３の距離センサ（１３）の前記軸の前記交差点（Ｏｓ）に位置する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップＳ４００で、前記ロボット（２０）を制御して、前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）を少なくとも２つの異なるポーズ（Ｐｏｓｅ＃１、Ｐｏｓｅ＃２、Ｐｏｓｅ＃３、Ｐｏｓｅ＃４）で前記目標点に正確に動かす、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップＳ４００は、
前記ロボット（２０）を制御して、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）を第１のポーズ（Ｐｏｓｅ＃１）で前記目標点に動かし、前記目標点で前記ロボット（２０）の第１のポーズデータを取得するステップＳ４１０と、
前記ロボット（２０）を制御して、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）を第２のポーズ（Ｐｏｓｅ＃２）で前記目標点に動かし、前記目標点で前記ロボット（２０）の第２のポーズデータを取得するステップＳ４２０と、
前記ロボット（２０）を制御して、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）を第３のポーズ（Ｐｏｓｅ＃３）で前記目標点に動かし、前記目標点で前記ロボット（２０）の第３のポーズデータを取得するステップＳ４３０と、
前記ロボット（２０）を制御して、前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）を第４のポーズ（Ｐｏｓｅ＃４）で前記目標点に動かし、前記目標点で前記ロボット（２０）の第４のポーズデータを取得するステップＳ４４０と、
取得した前記ロボット（２０）の前記第１のポーズデータ、前記第２のポーズデータ、前記第３のポーズデータ、および前記第４のポーズデータに基づいて、前記フランジ（２１）の前記中心（Ｔｏｏｌ０）に対する前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４５０とを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々で、前記第１の距離センサ（１１）により検知された第１の実距離（Ｌ１’）と前記第１の所定距離（Ｌ１）との第１の距離誤差、前記第２の距離センサ（１２）により検知された第２の実距離（Ｌ２’）と前記第２の所定距離（Ｌ２）との第２の距離誤差、および前記第３の距離センサ（１３）により検知された第３の実距離（Ｌ３’）と前記第３の所定距離（Ｌ３）との第３の距離誤差に基づいて、前記第１の距離誤差、前記第２の距離誤差、および前記第３の距離誤差がすべてゼロになるまで前記ロボット（２０）に対する閉ループフィードバック制御を実行する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々は、
前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）により検知された前記３つの実距離（Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’）に基づいて、センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の実際の位置を計算するステップと、
前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記球体（４２）の前記中心（Ｃ）の前記実際の位置と、前記センサ座標系（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）における前記目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、前記位置誤差がゼロになるまで前記ロボット（２０）に対する閉ループフィードバック制御を実行するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロボット（２０）は多軸ロボットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）は各々、非接触距離センサである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記３つの距離センサ（１１、１２、１３）は各々、レーザ距離センサまたは超音波距離センサを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年３月２８日に中国国家知識産権局に出願された中国特許出願第ＣＮ２０１６１０１６３８２８．８号の優先権を主張し、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、ロボットシステムの自動較正方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術において、ロボットシステムの較正は、一般に、人工教示方法によって行われている。例えば、オペレータがロボットを手動で制御して、ロボットのフランジに取り付けられた末端実行ツール（または末端エフェクタと呼ばれる）を動かすことにより、複数の異なるポーズ（６軸ロボットの場合、一般に４つ以上の異なるポーズ）で同一の１つの目標点に到達させる。しかしながら、上記の方法では、末端実行ツールが同一の目標点に動いたかどうかをオペレータの目によって判定する必要がある。したがって、人工教示方法では誤差が避けられず、ロボットのフランジの中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列が不正確になる。さらに、ロボットを手動で制御して異なるポーズで同一の目標点に到達させ、かつロボットが同一の目標点に到達したかどうかを目で判定するには非常に時間がかかるため、作業効率が大幅に低下する。さらに、ロボットシステムの末端実行ツールを頻繁に交換する必要がある場合、末端実行ツールを新しい末端実行ツールに交換する度にロボットシステムを再較正しなければならず、これは非常に面倒で時間がかかる。
【０００４】
先行技術において、較正された視覚センサに基づくロボットシステムの自動較正方法も提供されている。自動較正方法では、ロボットを制御して、ロボットのフランジに取り付けられた末端実行ツールの中心を様々な異なるポーズで同一の１つの目標点に動かす。自動較正方法により、末端実行ツールが目標点に動いたかどうかを目で判断する方法と比べて時間と労力が大幅に節約される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の自動較正方法では、視覚センサを用いて末端実行ツールの中心を特定する必要がある。一般に、末端実行ツールは非常に複雑な幾何学的構造を有しており、末端実行ツールの中心を特定することは困難である。特に、末端実行ツールを頻繁に交換する必要がある場合、末端実行ツールを新しい末端実行ツールに交換する度に末端実行ツールの中心を再特定する必要があり、これは非常に面倒で時間がかかる。
【０００６】
加えて、先行技術では、視覚センサは通常、カメラである。そのため、視覚センサによって取り込まれた画像に基づいて末端実行ツールの中心を特定する必要がある。しかしながら、視覚センサによって取り込まれた画像に基づいて末端実行ツールの中心を特定するための計算量は非常に多いため、特定速度が低下し、ロボットシステムの較正効率が著しく低下する。
【０００７】
本発明は、上記の欠点のうちの少なくとも１つの局面を克服または軽減するためになされたものである。
本発明は、ロボットシステムの較正を高精度かつ高効率で達成するためのロボットシステムの自動較正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点によれば、連結ロッドと連結ロッドの一端に連結された球体とを含むボールロッド部材を提供するステップＳ１００と、連結ロッドの他端を、ロボットのフランジに取り付けられた末端実行ツールに固定するステップＳ２００と、既知の目標点の周りに３つの距離センサを設けて、３つの距離センサから球体の表面までの３つの実距離のそれぞれを検知するステップＳ３００と、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を様々な異なるポーズで目標点に動かし、目標点におけるロボットの様々な異なるポーズのポーズデータに基づいて、フランジの中心に対する球体の中心の変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４００と、式１：Ｔｔ＝Ｔｓ＊Ｔｃに従ってフランジの中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列Ｔｔを計算するステップＳ５００とを含み、前記式１において、Ｔｃは球体の中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列であり、Ｔｃは既知で一定である、ロボットシステムの自動較正方法が提供される。
【０００９】
本発明の例示的実施形態によれば、３つの距離センサは、第１の距離センサ、第２の距離センサ、および第３の距離センサを含む。球体の中心が正確に目標点に動かされると、第１の距離センサ、第２の距離センサ、および第３の距離センサは、それぞれ第１の所定距離、第２の所定距離、および第３の所定距離だけ球体の表面から離れる。
【００１０】
本発明の例示的実施形態によれば、ステップＳ４００で、第１の距離センサにより検知された第１の実距離と第１の所定距離との第１の距離誤差、第２の距離センサにより検知された第２の実距離と第２の所定距離との第２の距離誤差、および第３の距離センサにより検知された第３の実距離と第３の所定距離との第３の距離誤差に基づいて、第１の距離誤差、第２の距離誤差、および第３の距離誤差がすべてゼロになるまでロボットに対する閉ループフィードバック制御を実行する。
【００１１】
本発明の別の例示的実施形態によれば、ステップＳ４００は、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて、センサ座標系における球体の中心の実際の位置を計算するステップと、センサ座標系における球体の中心の実際の位置と、センサ座標系における目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、位置誤差がゼロになるまでロボットに対する閉ループフィードバック制御を実行するステップとを含む。
【００１２】
本発明の別の例示的実施形態によれば、第１の距離センサの軸、第２の距離センサの軸、および第３の距離センサの軸が、同一の１つの交差点で交差する。
【００１３】
本発明の別の例示的実施形態によれば、第１の距離センサの軸、第２の距離センサの軸、および第３の距離センサの軸の交差点は、目標点として規定される。
【００１４】
本発明の別の例示的実施形態によれば、第１の距離センサの軸、第２の距離センサの軸、および第３の距離センサの軸は、互いに直交する。
【００１５】
本発明の別の例示的実施形態によれば、センサ座標系の３つの軸が、それぞれ第１の距離センサの軸、第２の距離センサの軸、および第３の距離センサの軸により規定される。センサ座標系の原点が、第１の距離センサの軸、第２の距離センサの軸、および第３の距離センサの軸の交差点に位置する。
【００１６】
本発明の例示的実施形態によれば、ステップＳ４００で、ロボットを制御して、球体の中心を少なくとも２つの異なるポーズで目標点に正確に動かす。
【００１７】
本発明の別の例示的実施形態によれば、ステップＳ４００は、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を第１のポーズで目標点に動かし、目標点でロボットの第１のポーズデータを取得するステップＳ４１０と、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を第２のポーズで目標点に動かし、目標点でロボットの第２のポーズデータを取得するステップＳ４２０と、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を第３のポーズで目標点に動かし、目標点でロボットの第３のポーズデータを取得するステップＳ４３０と、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を第４のポーズで目標点に動かし、目標点でロボットの第４のポーズデータを取得するステップＳ４４０と、取得したロボットの第１のポーズデータ、第２のポーズデータ、第３のポーズデータ、および第４のポーズデータに基づいて、フランジの中心に対する球体の中心の変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４５０とを含む。
【００１８】
本発明の別の例示的実施形態によれば、ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々で、第１の距離センサにより検知された第１の実距離と第１の所定距離との第１の距離誤差、第２の距離センサにより検知された第２の実距離と第２の所定距離との第２の距離誤差、および第３の距離センサにより検知された第３の実距離と第３の所定距離との第３の距離誤差に基づいて、第１の距離誤差、第２の距離誤差、および第３の距離誤差がすべてゼロになるまでロボットに対する閉ループフィードバック制御を実行する。
【００１９】
本発明の別の例示的実施形態によれば、ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々は、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて、センサ座標系における球体の中心の実際の位置を計算するステップと、センサ座標系における球体の中心の実際の位置と、センサ座標系における目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、位置誤差がゼロになるまでロボットに対する閉ループフィードバック制御を実行するステップとを含む。
【００２０】
本発明の別の例示的実施形態によれば、ロボットは多軸ロボットを含む。
【００２１】
本発明の別の例示的実施形態によれば、３つの距離センサは各々、非接触距離センサである。
【００２２】
本発明の別の例示的実施形態によれば、３つの距離センサは各々、レーザ距離センサまたは超音波距離センサを含む。
【００２３】
本発明の上記の様々な例示的実施形態において、ロボットは、３つの距離センサにより検知された３つの実距離のみに基づいて、球体の中心を様々な異なるポーズで目標点に動かすことができる。したがって、視覚センサによって取り込まれた球体の画像に基づいて球体の中心を特定する必要がないため、ロボットシステムの較正効率が向上する。
【００２４】
本発明の上記およびその他の特徴は、添付図面を参照しながらそれらの例示的実施形態を詳細に説明することにより、より明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の例示的実施形態によるロボットシステムの例示的な図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による３つの距離センサのセンサ座標系を示す図である。
【図３】３つの距離センサにより３つの距離センサから球体の表面までの３つの実距離のそれぞれを検知する様子を示す例示的な図である。
【図４】球体の中心を目標点に正確に動かしたときの、３つの距離センサから球体の表面までの所定距離を示す例示的な図である。
【図５】ロボットを制御して、球体の中心を４つの異なるポーズで目標点に正確に動かす様子を示す例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下で、添付図面を参照しながら本開示の例示的実施形態について詳細に説明する。図中、同一の参照符号は同一の要素を示す。しかしながら、本開示を多くの異なる形態で具体化することができ、本開示を本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が網羅的かつ完全になるように、そして本開示の概念を当業者に十分に伝えるように提示される。
【００２７】
以下の詳細な説明において、説明の目的で、開示された実施形態の完全な理解をもたらすために多くの具体的詳細について述べる。しかしながら、１つまたは複数の実施形態をこれらの具体的詳細なしで実施してもよいことが明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために周知の構造およびデバイスが概略的に示される。
【００２８】
本発明の一般的な概念によれば、連結ロッドと連結ロッドの一端に連結された球体とを含むボールロッド部材を提供するステップと、連結ロッドの他端を、ロボットのフランジに取り付けられた末端実行ツールに固定するステップと、既知の目標点の周りに３つの距離センサを設けて、３つの距離センサから球体の表面までの３つの実距離のそれぞれを検知するステップと、ロボットを制御して、３つの距離センサにより検知された３つの実距離に基づいて球体の中心を様々な異なるポーズで目標点に動かし、目標点におけるロボットの様々な異なるポーズのポーズデータに基づいて、フランジの中心に対する球体の中心の変換行列Ｔｓを計算するステップと、式１：Ｔｔ＝Ｔｓ＊Ｔｃに従ってフランジの中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列Ｔｔを計算するステップとを含み、式１において、Ｔｃは球体の中心に対する末端実行ツールの中心の変換行列であり、Ｔｃは既知で一定である、ロボットシステムの自動較正方法が提供される。
【００２９】
図１は、本発明の例示的実施形態によるロボットシステムの例示的な図である。
【００３０】
図１に示すように、ロボットシステムを６軸ロボットシステムとして構成することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ロボットシステムを任意の適切な多自由度ロボットシステム、例えば４軸ロボットシステムまたは５軸ロボットシステムとして構成してもよい。
【００３１】
図１に示すように、ロボットシステムは主に、３つの距離センサ１１、１２、１３と、６軸ロボット２０と、ロボット２０のフランジ２１に取り付けられた末端実行ツール（または末端エフェクタと呼ばれる）３０と、末端実行ツール３０に固定されたボールロッド部材４１、４２とを含む。
【００３２】
本発明の実施形態において、図１に示すように、ボールロッド部材４１、４２は、連結ロッド４１と連結ロッド４１の一端に連結された球体４２とを含む。連結ロッド４１の他端は、ロボット２０のフランジ２１に取り付けられた末端実行ツール３０に固定される。
【００３３】
実施形態において、ボールロッド部材の連結ロッド４１および球体４２の幾何形状パラメータは既知で一定である。これにより、ボールロッド部材４１、４２が末端実行ツール３０に固定された後、球体４２の中心Ｃに対する末端実行ツール３０の中心Ｔｏｏｌの変換行列Ｔｃを予め取得することができる。ボールロッド部材の連結ロッド４１および球体４２の幾何形状パラメータが既知で一定であるため、変換行列Ｔｃも既知で一定である。
【００３４】
図２は、本発明の例示的実施形態による３つの距離センサ１１、１２、１３のセンサ座標系を示す。図３は、３つの距離センサ１１、１２、１３により３つの距離センサ１１、１２、１３から球体４２の表面までの３つの実距離のそれぞれを検知する様子を示す例示的な図である。
【００３５】
図１〜図３に示すように、３つの距離センサ１１、１２、１３は既知の目標点（例えば、図２に示す点Ｏｓ）の周りに設けられて、３つの距離センサ１１、１２、１３から球体４２の表面までの３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’のそれぞれを検知するようになっている（図３参照）。
【００３６】
説明を容易にするために、図１〜図３に示すように、３つの距離センサ１１、１２、１３をそれぞれ第１の距離センサ１１、第２の距離センサ１２、および第３の距離センサ１３と呼ぶ。図３に示すように、実際には、球体４２を目標点Ｏｓに向かって動かすと、第１の距離センサ１１から球体４２の表面までの第１の実距離Ｌ１’を、第１の距離センサ１１によりリアルタイムで検知することができ、第２の距離センサ１２から球体４２の表面までの第２の実距離Ｌ２’を、第２の距離センサ１２によりリアルタイムで検知することができ、第３の距離センサ１３から球体４２の表面までの第３の実距離Ｌ３’を、第３の距離センサ１３によりリアルタイムで検知することができる。実施形態において、図３に示すように、第１の実距離Ｌ１’は、第１の距離センサ１１の軸方向における第１の距離センサ１１からから球体４２の表面までの距離であり、第２の実距離Ｌ２’は、第２の距離センサ１２の軸方向における第２の距離センサ１２から球体４２の表面までの距離であり、第３の実距離Ｌ３’は、第３の距離センサ１３の軸方向における第３の距離センサ１３から球体４２の表面までの距離である。
【００３７】
図示しないが、実施形態において、ロボットシステムは、予め記憶されたプログラムに基づいてロボットシステムを制御するように構成されたコントローラをさらに含むことができる。
【００３８】
図４は、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かしたときの、３つの距離センサ１１、１２、１３から球体４２の表面までの所定距離を示す例示的な図である。図５は、ロボット２０を制御して、球体４２の中心Ｃを４つの異なるポーズＰｏｓｅ＃１、Ｐｏｓｅ＃２、Ｐｏｓｅ＃３、Ｐｏｓｅ＃４で目標点Ｏｓに正確に動かす様子を示す例示的な図である。
【００３９】
以下で、図１〜図５を参照しながらロボットシステムの自動較正方法について説明する。その方法は次に述べるステップを含むことができる。図１に示すように、連結ロッド４１と連結ロッド４１の一端に連結された球体４２とを含むボールロッド部材４１、４２を提供するステップＳ１００と、図１に示すように、連結ロッド４１の他端を、ロボット２０のフランジ２１に取り付けられた末端実行ツール３０に固定するステップＳ２００と、既知の目標点の周りに３つの距離センサ１１、１２、１３を設けて、３つの距離センサ１１、１２、１３から球体４２の表面までの３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’のそれぞれを検知するステップＳ３００と、ロボット２０を制御して、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて球体４２の中心Ｃを様々な異なるポーズＰｏｓｅ＃１、Ｐｏｓｅ＃２、Ｐｏｓｅ＃３、Ｐｏｓｅ＃４で目標点に動かし、目標点におけるロボット２０の様々な異なるポーズのポーズデータに基づいて、フランジ２１の中心Ｔｏｏｌ０に対する球体４２の中心Ｃの変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４００と、式１：Ｔｔ＝Ｔｓ＊Ｔｃに従ってフランジ２１の中心Ｔｏｏｌ０に対する末端実行ツール３０の中心Ｔｏｏｌの変換行列Ｔｔを計算するステップＳ５００と、を主に含むことができる。式１において、Ｔｃは球体４２の中心に対する末端実行ツール３０の中心Ｔｏｏｌの変換行列であり、Ｔｃは既知で一定である。
【００４０】
図１〜図５に示すように、第１の距離センサ１１、第２の距離センサ１２、および第３の距離センサ１３の位置は、既知で一定である。したがって、球体４２の中心Ｃを既知の目標点Ｏｓに正確に動かすとき、第１の距離センサ１１、第２の距離センサ１２、および第３の距離センサ１３の各々から球体４２の表面までの距離も、既知で一定である。説明を容易にするために、図４に示すように、球体４２の中心Ｃが既知の目標点に正確に動くと、第１の距離センサ１１、第２の距離センサ１２、および第３の距離センサ１３は、それぞれ第１の所定距離Ｌ１、第２の所定距離Ｌ２、および第３の所定距離Ｌ３だけ球体４２の表面から離れる。前述したように、第１の距離センサ１１の軸方向における第１の距離センサ１１からから球体４２の表面までの第１の所定距離Ｌ１、第２の距離センサ１２の軸方向における第２の距離センサ１２からから球体４２の表面までの第２の所定距離Ｌ２、および第３の距離センサ１３の軸方向における第３の距離センサ１３からから球体４２の表面までの第３の所定距離Ｌ３は、既知で一定である。
【００４１】
実施形態において、第１の所定距離Ｌ１、第２の所定距離Ｌ２、および第３の所定距離Ｌ３は、互いに等しくても等しくなくてもよいことに留意されたい。
【００４２】
本発明の例示的実施形態において、上記ステップＳ４００で、第１の距離センサ１１により検知された第１の実距離Ｌ１’と第１の所定距離Ｌ１との第１の距離誤差、第２の距離センサ１２により検知された第２の実距離Ｌ２’と第２の所定距離Ｌ２との第２の距離誤差、および第３の距離センサ１３により検知された第３の実距離Ｌ３’と第３の所定距離Ｌ３との第３の距離誤差に基づいて、第１の距離誤差、第２の距離誤差、および第３の距離誤差がすべてゼロになるまでロボット２０に対する閉ループフィードバック制御を実行する。このようにして、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００４３】
本発明の別の例示的実施形態において、上記ステップＳ４００は、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける球体４２の中心Ｃの実際の位置を計算するステップと、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける球体４２の中心Ｃの実際の位置と、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対する閉ループフィードバック制御を実行するステップと、を含むことができる。このようにして、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００４４】
実際には、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける球体４２の中心Ｃの実際の位置を計算する必要がないことに留意されたい。例えば、前述したように、第１の距離センサ１１により検知された第１の実距離Ｌ１’が第１の所定距離Ｌ１に等しくなり、第２の距離センサ１２により検知された第２の実距離Ｌ２’が第２の所定距離Ｌ２に等しくなり、第３の距離センサ１３により検知された第３の実距離Ｌ３’が第３の所定距離Ｌ３に等しくなるまで、ロボット２０に対する閉ループフィードバック制御を実行することができる。このようにして、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００４５】
本発明の例示的実施形態において、計算を容易にするために、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸は、同一の１つの交差点Ｏｓで交差する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸は、同一の１つの点で交差しなくてもよい。
【００４６】
本発明の例示的実施形態において、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸の交差点Ｏｓを、目標点として規定してもよい。すなわち、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸の交差点Ｏｓを、目標点に位置させてもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、交差点Ｏｓを目標点に位置させなくてもよい。
【００４７】
本発明の例示的実施形態において、計算を容易にするために、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸は、互いに直交してもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸は、互いに直交しなくてもよい。
【００４８】
本発明の例示的実施形態では、計算を容易にするために、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓの３つの軸を、それぞれ第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸により規定される。センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓの原点は、第１の距離センサ１１の軸、第２の距離センサ１２の軸、および第３の距離センサ１３の軸の交差点Ｏｓに位置する。
【００４９】
本発明の例示的実施形態において、図１〜図５に示すように、ステップＳ４００は、次に述べるステップを含むことができる。ロボット２０を制御して、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて球体４２の中心Ｃを第１のポーズＰｏｓｅ＃１で目標点に動かし、目標点でロボット２０の第１のポーズデータを取得するステップＳ４１０と、ロボット２０を制御して、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて球体４２の中心Ｃを第２のポーズＰｏｓｅ＃２で目標点に動かし、目標点でロボット２０の第２のポーズデータを取得するステップＳ４２０と、ロボット２０を制御して、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて球体４２の中心Ｃを第３のポーズＰｏｓｅ＃３で目標点に動かし、目標点でロボット２０の第３のポーズデータを取得するステップＳ４３０と、ロボット２０を制御して、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて球体４２の中心Ｃを第４のポーズＰｏｓｅ＃４で目標点に動かし、目標点でロボット２０の第４のポーズデータを取得するステップＳ４４０と、取得したロボット２０の第１のポーズデータ、第２のポーズデータ、第３のポーズデータ、および第４のポーズデータに基づいて、フランジ２１の中心Ｔｏｏｌ０に対する球体４２の中心Ｃの変換行列Ｔｓを計算するステップＳ４５０と、を主に含むことができる。
【００５０】
本発明の例示的実施形態において、ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々で、第１の距離センサ１１により検知された第１の実距離Ｌ１’と第１の所定距離Ｌ１との第１の距離誤差、第２の距離センサ１２により検知された第２の実距離Ｌ２’と第２の所定距離Ｌ２との第２の距離誤差、および第３の距離センサ１３により検知された第３の実距離Ｌ３’と第３の所定距離Ｌ３との第３の距離誤差に基づいて、第１の距離誤差、第２の距離誤差、および第３の距離誤差がすべてゼロになるまでロボット２０に対する閉ループフィードバック制御を実行する。このようにして、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００５１】
本発明の別の例示的実施形態において、ステップＳ４２０、Ｓ４３０、およびＳ４４０の各々は、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける球体４２の中心Ｃの実際の位置を計算するステップと、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける球体４２の中心Ｃの実際の位置と、センサ座標系ｘｓ、ｙｓ、ｚｓにおける目標点の目標位置との位置誤差に基づいて、位置誤差がゼロになるまでロボット２０に対する閉ループフィードバック制御を実行するステップと、を含むことができる。このようにして、球体４２の中心Ｃを目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００５２】
図示した実施形態において、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて、ロボット２０を４つの異なるポーズＰｏｓｅ＃１、Ｐｏｓｅ＃２、Ｐｏｓｅ＃３、Ｐｏｓｅ＃４で制御することにより、球体４２の中心Ｃを同一の１つの目標点Ｏｓに正確に動かす。しかしながら、本発明はこれに限定されず、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいて、ロボット２０を２つ、３つ、５つまたはそれ以上の異なるポーズで制御することにより、球体４２の中心Ｃを同一の１つの目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。
【００５３】
本発明の例示的実施形態において、３つの距離センサ１１、１２、１３は各々、非接触距離センサであってよいが、これに限定されない。
【００５４】
本発明の例示的実施形態において、３つの距離センサ１１、１２、１３は各々、レーザ距離センサまたは超音波距離センサを含むことができる。
【００５５】
本発明の上記の様々な例示的実施形態において、ボールロッド部材４１、４２は、ロボット２０のフランジ２１に取り付けられた末端実行ツール３０に固定され、３つの距離センサ１１、１２、１３は既知の目標点Ｏｓの周りに設けられる。このようにして、３つの距離センサ１１、１２、１３により検知された３つの実距離Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’に基づいてロボット２０を制御することにより、球体４２の中心Ｃを同一の１つの目標点Ｏｓに正確に動かすことができる。したがって、視覚センサによって取り込まれた球体４２の画像に基づいて球体４２の中心Ｃを特定する必要がないため、ロボットシステムの較正効率が向上する。
【００５６】
上記の実施形態は例示のためのものであり限定的なものではないことを当業者は理解すべきである。例えば、当業者が上記実施形態に多くの修正を行うことができ、異なる実施形態に記載された様々な特徴を、構成または原理の矛盾なく互いに自由に組み合わせることができる。
【００５７】
いくつかの例示的実施形態について図示し説明したが、特許請求の範囲およびその等価物においてその範囲が定義される本開示の原理および概念から逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変更または修正を行うことができることを当業者は理解するだろう。
【００５８】
本明細書で使用されるとき、単数形で記載され、用語「ａ」または「ａｎ」で始まる要素は、特に明記されない限り、複数の前記要素またはステップを排除しないものと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載された特徴を同様に組み込んださらなる実施形態の存在を排除するものと解釈されるものではない。さらに、逆に特に明記されない限り、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有していない、さらなるそのような要素を含んでもよい。
【図１】
2019509186.tif 000003
【図２】
2019509186.tif 000004
【図３】
2019509186.tif 000005
【図４】
2019509186.tif 000006
【図５】
2019509186.tif 000007
【国際調査報告】
2019509186.tif 000008
2019509186.tif 000009
2019509186.tif 000010